[發明專利]溫度不敏感光纖光柵應力傳感器

無效

• 申請號: 200810057474.4
• 申請日: 2008-02-02
• 公開（公告）號: CN101221080A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 裴麗;寧提綱;童治;劉艷;譚中偉;董小偉;趙瑞峰;祁春慧;郭蘭;卓安生
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L19/04;G01D5/353
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技術領域

本發明涉及一種光纖光柵應力傳感器，適用于橋梁、道路、建筑結構的應力應變傳感，特別適用于高速鐵路列車運行控制和列車實時追蹤。

背景技術

壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業，目前常用傳感器原理及其應用如下：

應變片壓力傳感器：電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路(通常是A/D轉換和CPU)顯示或執行機構。

陶瓷壓力傳感器：抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0/3.0/3.3mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數介質直接接觸。

擴散硅壓力傳感器：被測介質的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷)，使膜片產生與介質壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發生變化，用電子線路檢測這一變化，并轉換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

藍寶石壓力傳感器：利用應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，藍寶石系不會發生滯后、疲勞和蠕變現象；藍寶石硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性(1000OC以內)，因此，利用硅-藍寶石制造的半導體敏感元件，對溫度變化不敏感；藍寶石還具有抗輻射特性極強的優點。但是該傳感器制作工藝復雜，成本較高。

壓電壓力傳感器：壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。

電容式壓力傳感器：利用Ic制造技術開發研制的醫療用小型電容式壓力傳感器已取得初步成效，使2線的電容式壓力傳感器實現了小型化(0.35×1.40×0.10mm)。

復合式差壓傳感器：流水作業生產線上應用的差壓傳感器由于易受線上壓力和溫度的影響，因而需要加以補償。新近開發研制的具有補償功能的差壓傳感器基片中央的圓形部分是膜片，在膜片的邊緣部位擴散4個壓敏電阻，形成差壓傳感器。在膜片外側的上部擴散配置溫度補償用溫度傳感器，下部擴散配置靜壓傳感器，結構復雜。

壓力傳感器陣列：最近開發研制的手表型壓力傳感器陣列由8個1mm四方形的壓力傳感器形成陣列，在單塊基片上集成化。測量人體血壓時將其下部按壓在手腕上，血壓通過血管、皮下組織、皮膚、硅樹脂而傳送到膜片。真實的血壓由微處理器判斷，血管和壓力傳感器的相對位置隨人體步行或運動等不同狀態而改變，如此就能隨時(步行或運動)測出正確的血壓。

光纖壓力傳感器具有本質安全，可以滿足石油、化工等易燃和易爆行業對安全的要求，同時具有抗電磁干擾能力強，能在惡劣環境下工作等特點，因此一直受到人們的關注.傳統的光纖壓力傳感器是基于受抑全內反射、動光柵、棱鏡式全內反射、光彈效應、光纖微彎損耗等原理的壓力傳感器.

上述各種壓力傳感器，各有優缺點，但是均未在高速列車定位和實時追蹤方面有過應用，我國目前鐵路系統對列車狀態的監控，主要是通過計軸系統、抄車號系統、列車安全運行監控記錄裝置等來實現。

光纖光柵在溫度、壓力、拉力等光纖傳感技術方面得到了較廣泛的應用。但是用克服溫度應力交叉敏感的分布式光纖光柵傳感來實現列車定位和實時追蹤的方法尚未見到有關的報道。

發明內容